簡易室內溫度及空氣質量監測系統設計

4.3 GP2Y1010型粉塵傳感器

　　可吸入肺顆粒物濃度檢測傳感器模塊選用的是夏普公司的GP2Y1010AU0F，該模塊是使用感光原理工作的，其中有一個紅外發光二極管和一個光電晶體管對角布置。如圖3所示，通過產生一定時間長度、一定電壓值的脈沖信號，即檢出灰塵濃度。采樣信號出現高脈沖之后經過一定的延時再進行采樣，數據穩定可靠，輸出的信號有0.28ms的上升時間，避免在這個時間段，對輸出脈沖進行采樣。

　　一般情況下，香煙的煙粒子細微、密度高，會大范圍漂移并呈擴散式。與此相比，灰塵顆粒分散且大，密度低，斷斷續續通過的檢出區。煙輸出電壓是連續的，灰塵則是間隔的。

　　可吸入肺顆粒物濃度檢測模塊即PM2.5模塊的輸出電壓與灰塵濃度的曲線存在分段的近似線性。將相近的數學函數表達式，編入程序，即可和搭建的硬件模塊進行室內環境可吸入肺顆粒物濃度的檢測。

　　本設計的GP2Y1010模塊電路圖如圖4所示。其中2SC2815型的NPN管是為了增加GP2Y1010的3號引腳LED的驅動能力，2SC2815型的NPN管基極引腳。P35號接線，是連接2SC2815的NPN管的基極與單片機的15號引腳的接線，即為GP2Y1010提供輸入脈沖，GP2Y1010的模擬輸出接一個20K的電阻，直接給模數轉換器PCF8591，又因為單片機也用的是+5V直流電壓，所以其6號引腳不需要接分壓電阻即可。

4.4 A/D模塊的設計

　　本系統中由于GP2Y1010是模擬信號傳感器，所以這個部分的轉換需要A/D模塊，本設計選擇用PCF8591 這個8位的多位模擬輸入單片集成芯片。PCF8591是8位的單片獲取數據的器件。其中1號引腳、2號引腳和3號引腳可用于硬件編程，均為地址引腳，其上的信號是通過I2C總線，傳輸方式為串行。

　　具體的本設計的模數轉換模塊的電路就如圖5所示。

　　其中，PCF8591芯片的1號引腳接PM2.5檢測的模塊GP2Y1010的模擬輸出端，9號、10號引腳則用來與單片機相連。

5 軟件設計的總體結構

　　Keil C51是本次設計編寫軟件程序應用的工具軟件。為了調試程序時比較方便，對整個設計的軟件分模塊進行了編程，其中室內溫度及空氣質量監測系統的軟件總體結構包括溫濕度數值采集子程序、可吸入肺顆粒物濃度采集子程序、液晶顯示子程序、鍵盤掃描子程序、輸出控制子程序，具體結構如圖6所示。

6 小結

　　本設計將室內空氣溫濕度的檢測信號、空氣中可吸入肺顆粒物濃度即PM2.5數值的檢測信號通過單片機進行處理后，在LCD1602液晶顯示屏上進行顯示。可吸入肺顆粒物濃度值即PM2.5值超上限設定值時的報警功能，通過軟件與硬件中的蜂鳴器相結合來實現的。

　　設計實現了多點溫度的采集和實時的顯示，通過可行的溫度算法及支持人工與智能兩種溫控模式，完成了可吸入肺顆粒物濃度及PM2.5的數值的檢測模塊的基本方案和硬件選型。

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